Un prisme courbe la lumière : angle de déviation
1 · Prédire
La lumière entrant dans un prisme de verre se courbe (se réfracte) sur chaque face, sortant déviée de sa direction d'origine. La modification de l'angle d'incidence sur la première face modifie-t-elle toujours la déviation totale dans la même direction ?
- La déviation augmente toujours à mesure que l'angle d'incidence augmente.
- Non - la déviation a en fait un minimum à un angle d'incidence spécifique, et non une simple tendance à la hausse ou à la baisse.
- La déviation diminue toujours à mesure que l’angle d’incidence augmente.
2 · Configurer
- Ouvrez le préréglage prisme de lumière blanche et appuyez sur Réinitialiser. Ce prisme en verre couronne a un angle au sommet A = 60°, indice n = 1.5.
- Activez la lecture de l’écart total.
- Réglez l’angle d’incidence sur la première face pour chaque essai et enregistrez l’écart total.
3 · Collecter les Données
| Angle d'incidence θ₁ (°) | Écart total δ (°) |
|---|---|
| 38.00 | |
| 48.00 | |
| 58.00 |
Tracez l'écart δ (axe y) par rapport à l'angle d'incidence θ₁ (axe x) pour vos trois essais. Est-ce que δ descend jusqu'à un minimum quelque part au milieu ?
4 · Analyser
- Pour un essai, calculez θ₂ = asin(sin θ₁/n) (Snell sur la première face), θ₃ = A − θ₂ (géométrie du prisme), θ₄ = asin(n·sin θ₃) (Snell sur la deuxième face), puis δ = θ₁ + θ₄ − A. Comparez avec le tableau.
- Expliquez pourquoi la déviation n'est pas une simple fonction monotone de l'angle d'incidence : la géométrie du prisme (courbée sur DEUX faces) crée un véritable minimum à l'angle de passage symétrique, exploré directement dans l'expérience de déviation minimale.
5 · Approfondir
- La lumière blanche contient de nombreuses longueurs d’onde, chacune avec un indice de réfraction (dispersion) légèrement différent – de sorte que chaque couleur dévie d’une quantité légèrement différente, attisant la lumière blanche dans un spectre visible. Cette expérience utilise un seul indice représentatif ; la vraie lumière blanche se propage dans un arc-en-ciel.
- Un arc-en-ciel se forme à partir de la lumière solaire réfractée et réfléchie intérieurement à l’intérieur de gouttes de pluie sphériques – une géométrie plus complexe que ce prisme à face plate, mais pilotée par exactement le même principe de réfraction (dispersion) dépendant de la longueur d’onde.
La physique derrière cette expérience
Déviation du prisme
Un rayon traversant un prisme se réfracte sur ses deux faces. La déviation totale combine les deux courbures et l'angle au sommet du prisme : δ = θ₁ + θ₄ − A, où θ₂ et θ₄ proviennent de la loi de Snell sur chaque face.